科學家研制出一款長度僅為0.2毫米的粒子加速器
來自美國和德國的科學家研制出了一款長度僅為0.2毫米的粒子加速器,這是迄今制造出的同類設備中最小的,也是首臺可產生聚焦良好的快速電子束的微型加速器,能用激光將電子加速到十萬公里/秒的速度,有望在醫(yī)學領域找到用武之地。
微型粒子加速器的側視圖 如大型強子對撞機或治療癌癥的設施中的較大的粒子加速器,利用電場和磁場加速電子等粒子,這些電場通常由長度以米或厘米為單位的無線電波產生。在最新研究中,來自埃爾蘭根-紐倫堡大學的彼得·霍梅爾霍夫等人利用光來加速粒子,光這種電磁波的波長以百納米計,這使科學家能將加速器的尺寸從幾公里寬縮小到不足一毫米。 為制造出這款粒子加速器,研究團隊使用了數(shù)千根2微米高的硅柱,這些硅柱排列成兩條平行線,每條平行線長0.2毫米。為讓加速器運行,研究團隊從上方將激光照射在這條柱狀的“跑道”上,同時從側面向其注入電子。來自激光的光波與硅柱相互作用,產生電磁場,使電子聚在一起形成窄束,并以超過十萬公里/秒的速度加速穿過整個結構。 隨后,研究團隊在“跑道”上增加更多支柱,得到了0.5毫米長的粒子加速器,其可讓電子“跑得更快”,攜帶的能量增加43%,表明這種加速器可擴展并集成在芯片上、甚至直接集成在光纖的端口上。 以前科學家們建造了一些微型加速器,但新加速器不僅能加速電子,還可將電子限制在相對較窄的光束中以用于科學實驗。 霍梅爾霍夫表示,盡管電子在新設備中獲得的能量僅為其在大型加速器中獲得能量的百萬分之一,但利用熔融二氧化硅這種能承受更強烈激光的玻璃材料制作柱體,有可能提高電子的能量。此外,他們最終有望將加速器縮小到可放在筆尖上,成為醫(yī)生或生物實驗室科學家的好幫手。 關鍵詞: 粒子加速器
|